Chương 1 Tổng quan công nghệ phát thanh số HD-Radio 1. Lịch sử phát triển Vào những năm 90, việc chuyển đổi từ kỹ thuật tương tự sang kỹ thuật số bắt đầu được thực hiện ở các nước phát triển. Trong lĩnh vực truyền dẫn phát sóng, các khu vực châu Âu, Nhật Bản Hàn Quốc và Mỹ tích cực phát triển các hệ thống phát thanh số. Tại Mỹ, bên cạnh xu hướng phát triển phát thanh số qua vệ tinh, xu hướng tận dụng toàn bộ cơ sở hạ tầng của phát thanh, đặc biệt là sử dụng tần số và giấy phép đã có cho nhiều đài tư nhân trên AM và FM được đặc biệt quan tâm.
Tiêu chuẩn trên băng trong kênh IBOC được phát triển. Tổ chức US Digital Radio, tiền thân của iBiquity, đưa IBOC ra trình Hiệp hội Viễn thông liên bang FCC của Hoa Kỳ vào 7-10- 1998. Vào 1-11-1999, FCC đã đưa ra bản thông báo về phát hành luật về phát thanh số trên mặt đất. Vào 2-7-2001, Hiệp hội phát thanh quốc gia NAB đưa ra quyết định ủng hộ hệ thống IBOC và khuyến nghị FCC tiếp tục thực hiện các bước tiếp theo để nhanh chóng thúc đẩy IBOC.
Tháng 9-2005, Ủy ban quốc gia về các hệ thống radio NSRC, đã thông qua tiêu chuẩn IBOC trong bộ tiêu chuẩn NRSC-5A. Tiêu chuẩn NRSC-5A xác định các yêu cầu cho phát thanh âm thanh số và dữ liệu kèm theo trên các kênh AM và FM. Tiêu chuẩn này và các tài liệu tham chiếu cũng đưa ra những giải thích chi tiết cho các tiểu hệ thống RF và truyền dẫn, giao vận và dồn kênh dịch vụ. Bản sao của tiêu chuẩn có thể được tải ở địa chỉ http://www.org Hiện nay tại Hoa Kỳ có hơn 1.500 đài phát thanh HD-Radio.
Theo tính đến hết năm 2008 đã có 90% dân số Hoa Kỳ sẽ nghe được HD-Radio. Có hơn 550 đài HD-Radio trên toàn Hoa Kỳ đưa ra hai hay ba kênh trên và ngoài các kênh chính tương tự và số. Trên thế giới, có một số nước cũng đã và đang tiến hành thử nghiệm HD-Radio: • Pháp: 4-2006, Towercast, một tổ chức phát thanh độc lập bắt đầu phát tín hiệu HD-Radio trên sóng 88,2MHz ở Paris, sử dụng hệ thống máy phát công suất thấp của hãng BE. • Thái Lan: 3-2006, Hãng BE lắp đặt một hệ thống HD-Radio cho một đài công cộng hướng tới cộng đồng trên phương tiện công cộng.
Theo kế hoạch thực hiện lắp đặt hơn 10000 máy thu trên các xe buýt. Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trang 5 • Philippines: Đài phát sóng HD-Radio đầu tiên phát sóng ở đây 9-11-2005 trên sóng 105,1MHz và hiện nay đang tiến hành các khảo sát chuyển đổi mạng phát thanh AM và FM sang HD-Radio. • Brazil: Đài Kiss FM ở Sao Paulo phát sóng với tín hiệu HD-Radio vào 2-9- 2005. • Thụy sỹ: Hiện đang tiến hành thử nghiệm phát HD-Radio ở đài 88 Sunshine ở gần Luceme.
• New Zealand: Phát thử HD-Radio vào 19-10-2005 trên sóng 106.1MHz của Skytower ở Auckland. Với vùng phủ sóng tới hơn 60% dân số metro Auckland. Về máy thu, từ cuối quý III năm 2006 các máy thu HD đã có mặt nhiều trên thị trường với nhiều chúng loại và giá thành từ 100 đến hơn 200USD. Giới thiệu chung về công nghệ phát thanh số HD-Radio IBOC là kỹ thuật cho phép các đài phát thanh cơ hội để chuyển đổi sang phát thanh số từ hệ thống phát thanh tương tự đang sử dụng, đồng thời duy trì các dịch vụ phát thanh hiện tại, và không phải xin thêm băng tần số mới.
Người nghe có cơ hội được nghe đài với chất lượng âm thanh cao hơn, được sử dụng nhiều hơn các loại dịch vụ từ hệ thống phát thanh băng MF và VHF. Hệ thống này đã được phát triển bởi hai công ty đó là USA Digital Radio và Lucent. Hiện nay được phát triển bởi iBiquity, đây là công ty đã được thành lập bởi sự hợp nhất của hai công ty trên. Sơ đồ tổng quan của hệ thống IBOC được trình bày trong hình 1-1.
Hiện nay để thực hiện hệ thống IBOC có 3 sự lựa chọn: Hai sự lựa chọn áp dụng cho phát thanh FM, một cho phát thanh AM. Hệ thống AM là đơn giản nhất và có nhiều ưu điểm trong việc điều khiển mức công suất đầu ra thích hợp với nhiều mức khác nhau. Hệ thống FM có thể thực hiện theo hai cách là : thứ nhất là kết hợp ở mức thấp hay gọi là hệ thống khuếch đại chung, cách thứ hai là kết hợp ở mức cao hay là sử dụng các bộ khuếch đại riêng cho mỗi tín hiệu. Các ưu điểm của hệ thống IBOC: • Tránh được việc xin thêm băng tần mới cho việc chuyển sang phát thanh số • Tạo ra sự chuyển đổi từ phát thanh tương tự sang phát thanh số Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trang 6 • Đưa các dịch vụ dữ liệu vào phục vụ khách hàng • Chuyển sang phát thanh số với chi phí thấp • Rất linh hoạt trong việc chuyển đổi, không cần thiết phải chuyển đổi cùng lúc tất cả các trạm phát.
• Duy trì dịch vụ hiện tại, không làm thay đổi thói quen của người nghe. • Người nghe có thể được sử dụng thêm nhiều dịch vụ mới nếu có nhu cầu với chi phí đầu tư thấp. Linh hoạt trong việc lựa chọn sản phẩm. Tổng quan hệ thống IBOC Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trang 7 Chương 2 Cấu trúc và thiết kế hệ thống phát thanh AM-IBOC và FM-IBOC 2.
Cấu trúc và thiết kế hệ thống phát thanh AM-IBOC Việc đưa công nghệ phát thanh số IBOC vào sử dụng nhằm mục đích nâng cao chất lượng dịch vụ cho các hệ phát thanh AM tương tự hiện nay. Các đài phát có thể phát đồng thời tín hiệu tương tự và tín hiệu số và không phải xin thêm băng tần mới. Phương pháp này cũng cho phép các đài phát thanh chuyển hoàn toàn phát thanh số mà không phát theo kiểu Hybrid (Hybrid là hệ thống phát thanh trong đó tồn tại cả tín hiệu tương tự và số) 2. Giới thiệu Phát thanh AM đăng ký hoạt động ở các tần số với các khoảng cách giữa các tần số 10kHz và băng tần là 20kHz, kết quả là tạo ra giao thoa giữa các băng tần cạnh nhau.
Trong suốt khoảng thời gian trong ngày, nhiễu chủ yếu do sóng đất, ban đêm có thêm nhiễu từ sóng trời do phản xạ từ tầng điện ly. Thậm chí ngay khi không bị nhiễu từ các trạm, tín hiệu AM cũng bị suy giảm rất nhiều từ các yếu tố khác nhau. Ảnh hưởng nhiều nhất là cấu trúc dẫn điện trên mặt đất (Ground Conductive Structure – GCS). Các ảnh hưởng này là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi nhanh chóng của biên độ và pha của tín hiệu AM.
Không giống như tín hiệu ở tần số cao hơn, suy giảm tín hiệu AM bị ảnh hưởng từng phần vì bước sóng là lớn khi so sánh với các cấu trúc trên mặt đất. Một đặc điểm rất quan trọng của hệ thống phát thanh IBOC là cung cấp một chất lượng âm thanh tốt hơn chất lượng âm thanh của hệ thống hiện tại. Tuy nhiên, điều rất quan trọng là làm thế nào để nhiễu giao thoa giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự là nhỏ nhất. Thiết kế AM IBOC của iBiquity Digital gồm chức năng chính là: mã hóa (cách thức mã hóa để giảm lượng thông tin dư thừa trong tín hiệu âm thanh số, đồng thời giảm tốc độ bit cần thiết theo đó giảm băng thông yêu cầu); mã hóa FEC để chống lỗi tạo ra tín hiệu với độ an toàn cao; trải tín hiệu, tăng khả năng chống lỗi của tín hiệu, đặc biệt là nhóm lỗi (error burst); modem, điều chế và giải điều chế tín hiệu.
Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trang 8 Trong phần sau, chúng ta sẽ tập trung vào phần thiết kế hệ thống và đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống thông qua một số các thông số đánh giá quan trọng: thông lượng vào, cường độ tín hiệu và độ trễ. Một số loại hình dịch vụ mà hệ thống AM IBOC có khả năng cung cấp: • Dịch vụ chương trình chính (Main Program Service – MPS): MPS duy trì chương trình phát thanh tương tự hiện tại trong cả hai dạng tương tự và số. Hơn nữa, chương trình chính bao gồm dữ liệu số, dữ liệu này liên qua trực tiếp đến các chương trình âm thanh. • Dịch vụ dữ liệu cá nhân (Personal Data Service – PDS): Không giống như MPS, PDS cho phép người sử dụng lựa chọn dịch vụ dữ liệu mong muốn.
Cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu, thông tin người dùng có giá trị. • Dịch vụ xác định vị trí (Station Identification Service – SIS): Dịch vụ này cung cấp các thông tin cần thiết để điều khiển và xác định vị trí, cho phép người dùng xác định được đài phát mà mình muốn thu và loại hình dịch vụ mình cần. • Các dịch vụ ứng dụng bổ trợ (Auxiliary Application Service – AAS): Dịch vụ này cho phép các dịch vụ của khách hàng và các ứng dụng của phát thanh số cùng nhau tồn tại. Dịch vụ này có thể thêm vào bất cứ thời điểm nào trong tương lai.
Để cung cấp các dịch vụ trên, hệ thống được thiết kế theo giao thức phân lớp. Các Lớp của hệ thống được trình bày trên hình 2-1. Các lớp của giao thức được xây dựng trên cơ sở ISO OSI. Lớp 5: Ứng dụng, nhận các nội dung từ người dùng (chương trình nguồn).
Lớp 4: Mã hóa, thực hiện nén và format dữ liệu âm thanh từ các nguồn khác nhau ở đầu vào. Lớp 3: Giao vận, cung cấp một hay nhiều giao thức ứng dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng tín hiệu và hiệu quả truyền dẫn của lớp 4. Lớp 2: Dịch vụ, ghép kênh cung cấp khả năng phát hiện lỗi và đánh địa chỉ. Chức năng chính của nó là định dạng dữ liệu nhận từ lớp 3 trong các khung riêng lẻ cho việc xử lý dữ liệu ở lớp 1.
Thiết kế và chế tạo máy thu thanh số theo chuẩn HD-Radio LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trang 9 Lớp 1: Vật lý, cung cấp việc điều chế, FEC, đóng khung, và các thông tin tín hiệu cần thiết để chuyển đổi tín hiệu số nhận được từ lớp cao hơn sang dạng tín hiệu AM IBOC để truyền dẫn trong băng thông MF đã được sắp xếp. Mô hình phân lớp của AM IBOC Chúng ta sẽ phân tích kỹ hơn lớp 1 trong hệ thống AM IBOC.